文/谢燊坤， 王之哲， 任艳， 杨柳， 周圣泽
摘要
受全球“缺芯”危机影响，我国汽车产业正面临着严峻的芯片短缺局面，汽车产销量受到严重的影响，但同时“缺芯”危机也为我国建立自主可控汽车芯片供应链提供了契机。通过梳理我国当前汽车芯片产业现状，分析汽车芯片短缺原因，探讨汽车芯片短缺对我国的挑战与机遇；并针对目前我国汽车芯片产业发展存在的问题提出了对策与建议。
0 引言
汽车芯片通常包括车用微型控制单元（MCU）、功率半导体（IGBT/MOSFET）和各种传感器等，是汽车电子系统的核心单元。随着汽车智能化、网联化和新能源化的深入，汽车芯片使用量和重要性日益提高。IHS的数据显示，芯片在整车成本的占比将从2010年的18%增长到2030年的45%。据Gartner预测，2019年全球汽车芯片市场规模为410亿美元，预计2022年有望达到651亿美元，占全球芯片市场规模的12%，成为增速最快的芯片细分领域。
然而，2020年初因供需失配引发的汽车芯片短缺问题愈演愈烈，据AutoForecast Solutions最新报告，截至2021年10月10日，芯片短缺已导致全球汽车市场累计减产934.5万辆。我国由于汽车芯片产业相对薄弱，更是深受其影响，根据中国汽车工业协会统计，我国1-8月因芯片供应不足导致汽车产量累计减少240万辆。不过，我国汽车芯片短缺造成汽车减产的同时，也为国产汽车芯片发展提供了战略契机。
为了应对汽车“缺芯”危机，本文通过梳理国内汽车芯片产业现状，分析汽车“缺芯”的影响及原因，有针对性地提出了相关对策与建议，旨在为我国汽车芯片产业发展提供参考和借鉴。
1 国内汽车芯片产业现状
1.1 我国汽车芯片产业概况
根据中国汽车工业协会的统计数据，我国汽车产量连续12年蝉联全球第一，2020年汽车销量合计2531.11万辆，占全球销售总量比例的32.46%。汽车行业市场规模的日益壮大及新能源汽车的快速兴起，有效地带动了我国汽车芯片市场。2020年中国汽车半导体市场规模约为94亿美元，预计到2030年将达到159亿美元，年复合增长率为5.40%，占全球汽车半导体市场规模的20%以上。
近年来中国汽车产销量如图1所示。
图1 近年来中国汽车产销量
我国汽车芯片市场规模巨大且前景良好，然而国产汽车芯片的基础相对薄弱。目前国内汽车芯片进口率高达95%，动力系统、底盘控制和高级驾驶辅助系统等关键芯片均被国外巨头垄断。恩智浦、英飞凌、瑞萨电子、德州仪器和意法半导体等全球前5家半导体制造商占据了50％左右的市场份额（如表1所示）。国产车载逻辑器件、模拟器件、存储器件、分立器件和光学半导体市场占比分别仅为5.2%、1.38%、4.15%、1.56%和7.64%。汽车芯片对外依存度较高，本轮汽车“缺芯”危机更是凸显了构建自主汽车芯片产业链供应链的重要性。
表1 全球前五大车用半导体供应商2020年市场份额
1.2 我国汽车芯片产业格局
在国家工信部、地方政府的大力支持下，经过多年发展，我国汽车芯片产业初具规模，例如：以芯旺微、兆易创新和杰发科技为代表的MCU企业，以中车、比亚迪、士兰微和斯达为代表的功率器件企业，以美泰、豪威为代表性的传感器企业不断地涌现。国内主要汽车芯片企业如图2所示，从图2中可以看出，我国汽车芯片企业主要集中在京津冀、长三角、珠三角和京广线一带四大区域，基本上与目前国内集成电路产业分布一致。
国内汽车芯片企业从来源划分，主要可以分为由消费类芯片逐步地进入车规领域的传统芯片企业、新兴汽车芯片企业和并购企业三大类。
传统芯片企业本身多为国内芯片头部企业，如兆易创新和斯达等。兆易创新2020年MCU、存储芯片销售量分别达到1.9亿颗与26.86亿颗，目前正在积极地进入车规领域，2019年3月车规级NORFlash产品GD25系列宣布完成AEC-Q100认证，车规级MCU尚未实现量产。斯达半导体是国内IGBT领军企业，是全球前十大IGBT模块供应商，2020年涉足汽车级IGBT模块，合计配套超过20万辆新能源汽车。
图2 国内主要汽车芯片企业
比亚迪半导体则是新兴汽车芯片企业的代表，通过多年攻关及集团整车应用牵引，已形成包含芯片设计、晶圆制造、模块封装与测试、系统级应用测试的完整产业链，其车规级MCU于2018年推出，至今量产装车突破1000万颗。截止2020年底，年产能达到220万颗，基本上可以满足自用和绝大部分外供需求。比亚迪半导体在车规级功率半导体领域的发展更是迅速，已在新能源汽车厂商得到充分的验证和批量应用。根据Omdia统计，比亚迪半导体IGBT模块的销售额占2019年国内新能源乘用车电机驱动控制器市场19%的份额，仅次于英飞凌。
为了弥补我国在半导体领域的不足，缩小与国外的技术差距，跨国并购已成为最有效的手段之一，四维图新和闻泰科技则是其典型代表。四维图新于2017年收购杰发科技投入车载MCU领域，2018年成功地推出国内首款量产车规级MCU，装配全球500多款车型，累计出货量超2亿颗。闻泰科技则是于2019年收购英国本土最大的晶圆制造商安世半导体，成功地进入车规领域；2020年公司功率分立器件总出货量889.9亿颗，在车规级功率MOSFET领域仅次于英飞凌。
随着兆易创新和斯达等传统消费类芯片企业开始进入车规领域，以及比亚迪、地平线等新兴汽车芯片企业和四维图新、闻泰科技等跨国并购企业的不断涌现，国内汽车芯片产业已经初具规模，国内汽车芯片产品也日益完善。在车身控制通用MCU、电驱IGBT、电池管理MOSFET、电源控制模拟芯片和车内/车间通信芯片等领域已成功地研制出成熟的产品，部分已上车应用。在AI、辅助驾驶、智能驾驶、影音娱乐和通信等非安全和动力领域，也涌现出如全志科技的中控娱乐系统SoC芯片、地平线科技AI芯片、黑芝麻智能驾驶芯片和华大北斗导航芯片等一系列代表性产品。
受限于起步晚、技术封锁等因素，国内汽车芯片企业虽然取得了初步的进展，但是与国外龙头企业相比仍然存在较大的差距。对比表1和表2，可以发现，国内外汽车芯片龙头企业在营业收入规模上相差10倍。
表2 国内部分半导体供应商2020年市场情况（汇率采用＄：￥=1：7）
2 汽车芯片短缺原因分析
本次国内汽车芯片短缺危机源于全球性汽车芯片供需失配，突发事件和疫情，以及国内汽车芯片产业基础薄弱，从而加剧了供需不平衡。
2.1 全球汽车芯片供需失配
本次汽车芯片短缺主要源于汽车产业需求与芯片产业产能的“失配”，究其原因，主要分为以下3个方面。
a）手机等消费电子类产品挤占芯片产能
首先，5G、云计算和物联网等加速推广，特别是疫情带动了线上交流需求，对数据中心服务器和智能终端的需求快速上升，都共同导致消费电子品生产商在芯片企业那里大范围地追加订单，全球芯片生产线的产能利用率接近100%；其次，中美贸易战和华为“禁令”进一步地加剧供应链的紧张程度（各大消费类电子企业为了避免突发的限购风险，纷纷开始大量囤积芯片，不断地对各大芯片厂商追加芯片订单，进一步地加剧了供应链的紧张程度）。
b）汽车企业对芯片需求的预测过于保守
汽车产业链条长、运转体系庞大，汽车企业基本上不与芯片企业直接对接；同时为了保证高效率运转，汽车企业追求包括零部件在内的芯片的零库存。2020年上半年，全球汽车市场受疫情影响，需求大幅度地下滑，行业一度预测全年销量将下滑15%~25%。全球主要汽车企业纷纷下调生产计划，带动上游日本瑞萨等汽车芯片企业撤销了在中国台湾台积电公司的代工订单。然而2020年下半年汽车市场迅速回暖，芯片供应却难以迅速恢复，加之芯片制造需要3~6个月的周期，在产能紧缺的背景下，汽车芯片供需出现严重失配的情况。
c）上游芯片企业的主观意愿不强
汽车芯片在营收、利润率层面，与消费类芯片相比，都严重地缺乏吸引力。根据德国电子产业协会统计，芯片行业仅有10%的利润来自于汽车客户。目前各个行业的芯片需求激增，芯片企业优先将产能提供给高利润领域。导致上游芯片企业不愿投入生产利润小、产品质量要求高、产能落后的汽车芯片领域，在面对全球车企的芯片需求未能及时地调整产能而发生断供。
2.2 突发事件和疫情影响
突发事件和疫情导致多地芯片工厂停工停产，加剧了本次汽车芯片的短缺危机。2021年2月13日，日本福岛市附近海域发生7.3级地震，瑞萨电子位于茨城县的那珂工厂、信越半导体位于福岛县西乡村的白河工厂等因为停电陆续地停产。2月16日，美国德州奥斯汀暴雪，电力供应系统失灵，三星、恩智浦、英飞凌在当地的工厂先后宣布停产。6月以来，全球芯片第七大出口国——马来西亚疫情卷土重来，原定于6月28日结束的“全面封锁”再次延长，多个芯片工厂被迫停工停产。8月23日，越南胡志明市提高防疫强度，派出军队执行封锁直到9月15日，直接影响当地英特尔、三星等芯片厂家的产能恢复。受本轮疫情影响，部分汽车芯片产品8月起的供货近乎中断。
2.3 国内汽车芯片产业基础薄弱
目前，虽然国内汽车芯片产业初具规模，但是产业基础依然薄弱，核心产品缺失、整车企业信心不足，本土产业生态尚未建立，具体表现在以下3个方面。
a）国产汽车芯片供给能力不强，核心产品覆盖不全，在高算力主控芯片、32位控制MCU、车用高速大容量存储器和电驱SiC功率芯片等领域还处于空白阶段。
b）整车企业对国产芯片缺乏信心，研用结合不足。国外整车企业通过建立汽车芯片标准体系、联合国际芯片巨头，已经形成完整的汽车芯片产业生态，实现生态垄断，国产芯片进入供应链面临巨大的行业壁垒。国产汽车芯片研制端、应用端脱节严重，多数国产汽车芯片还处于研而未用的尴尬境地。同时，由于普遍缺乏上车验证经历，国内整车企业对国产芯片信心不足，即使面对“缺芯”危机，“不愿用、不想用、不敢用”国产芯片的现象犹存。
c）汽车芯片的国产替代成本高、周期长，打击了车企引入国产芯片缓解危机的积极性。汽车芯片国产化替代，一般需要完成芯片级、板级到整车级多层级的应用验证；同时汽车芯片对可靠性、产品生命周期等要求较高，导致国产化替代成本高、周期长。例如：一款功率芯片完成AEC-Q101检测认证至少需要6个月时间，费用在20~30万元之间。叠加的研发周期和高投入成本令很多车企望而却步。
3 汽车芯片短缺带来的挑战与机遇
3.1 挑战
汽车芯片短缺对我国发展迅速的汽车行业无疑是一个巨大的挑战，车企的产销量、利润和技术更新都深受其影响，具体表现在以下3个方面。
a）芯片短缺造成国内外众多整车企业停产
据中国汽车工业协会统计，2021年上半年，芯片短缺已影响车身电子稳定控制系统、制动防抱死系统、电子影像雷达、摄像头和车身传感器，以及多媒体控制屏等多个关键零部件供应。广汽、东风、上汽、长城和吉利等企业的产量均受到影响。
b）芯片价格攀升，影响企业利润和产销量
由于各个企业对于芯片供应信息掌握不充分，纷纷采取扫货的方式“抢夺”市场资源，进一步地恶化了芯片供应不足的状况，芯片价格涨幅普遍在30%以上，一些高端芯片超过20倍，甚至30倍。高昂的芯片费用加重了企业的成本负担，进一步地推高了整车企业的成本，加大了整车企业的经营压力。
c）芯片短缺也阻碍了我国新能源汽车领域的发展
新能源汽车已成为全球汽车产业转型发展的主要方向和促进世界经济持续增长的重要引擎。由于新能源汽车的芯片数量需求比传统燃油车多了一倍以上，芯片需求显著地提升。无“芯”可用导致新能源汽车销售和生产也受到不同程度的影响，阻碍我国新能源汽车产业的进一步发展。
3.2 机遇
“缺芯”危机也为我国建立自主可控汽车芯片供应链提供契机。2020年第三季度以来，汽车芯片短缺持续地发酵，国内汽车芯片95%依赖进口，德州仪器和意法半导体等国外巨头优先保障本国车企供货，“缺芯”潮对我国汽车行业造成较大的不利影响，我国车企因芯片供应不足而被迫减产，促使国内整车企业反思供应链安全问题，部分企业开始自发地探索如何构建产业生态的问题，从而，推动汽车芯片国产化。例如，为建立安全、可控的供应链体系，广汽埃安新能源汽车公司在芯片设计、芯片制造等领域先后投资地平线、粤芯等数十家本土企业，以缓解“缺芯”危机。
与此同时，我国政府高度重视，积极推动构建汽车芯片自主产业生态。在产用结合方面，工业和信息化部发布《汽车半导体供需对接手册》，推动国内汽车芯片的供需对接。在标准体系建设方面，在政府指导下，汽车芯片产业联盟牵头组建汽车芯片标准体系建设研究工作组，积极推动汽车芯片标准体系建设。
4 国内汽车芯片产业发展对策及建议
本次汽车“缺芯”危机对我国汽车行业发展造成了不利的影响，但是，同时也是我国汽车芯片行业发展的战略契机，建议结合国内汽车芯片产业现状，由政府引导，整车企业为牵引，联合产业链上下游各方产学研力量，共同推动国产汽车芯片上车应用，构建本土产业生态，具体的建议如下所述。
a）建议政府加强政策引导和扶持，组织国内整车企业与芯片厂商供需对接，推动国产汽车芯片在自主品牌汽车上的应用。
b）建议芯片企业加强技术攻关，提升成熟产品可靠性水平，重点攻关短板产品。可以考虑通过兼并、收购国外汽车芯片企业来逐步地完善我国汽车芯片产业，提升国产芯片的技术水平。
c）建议由整车企业牵头，发挥其链主作用，联合产业链上下游产学研力量，共同构建汽车芯片自主产业生态，保障汽车芯片供应链安全。
5 结束语
汽车芯片是联系汽车行业、芯片行业的纽带，对我国经济发展具有重要的意义，但目前国内汽车芯片产业基础薄弱、核心技术缺失，产业链供应链安全风险凸显。本轮汽车“缺芯”危机在对我国汽车行业造成较大不利影响的同时，也为我国汽车芯片提供了重要的国产替代机遇。应把握时机，积极加强产业链上下游企业的协作，加快推进汽车芯片国产化进程，提升我国汽车芯片产业创新能力和核心竞争力，推动汽车行业和芯片行业高质量融合发展。
END